BAB III DASAR TEORI Global System for Mobile communication (GSM) adalah sebuah standar global untuk komunikasi bergerak digital.arsitektur jaringan GSM tersebut terdiri atas tiga subsistem yaitu Base Station Subsystem (BSS), Network Switching Subsystem (NSS) dan Operation Subsystem (OSS) serta perangkat yang digunakan oleh pelanggan untuk melakukan pembicaraan yang disebut Mobile System. 3.1 Evolusi Teknologi GSM Sebuah sistem komunikasi bergerak selular menggunakan sejumlah besar pemancar berdaya rendah untuk menciptakan sel (daerah geografis) layanan dasar dari sistem komunikasi nirkabel (tanpa kabel). Variabel tingkat daya antena pemancar,memungkinkan cell-cell diubah ukurannya menyesuaikan kepadatan pelanggan dan permintaan dalam suatu wilayah tertentu. Gambar 3.1. Konsep Cell [2] 10
Sebagai pengguna ponsel yang bergerak dari cell ke cell, percakapan dilakukan dengan teknik hand off antara cell-cell untuk mempertahankan layanan komunikasi agar berjalan lancar (tidak terputus). Saluran frekuensi yang digunakan dalam satu cell dapat digunakan kembali di cell lain yang letaknya agak jauh.cell dapat ditambahkan untukmengakomodasi pertumbuhan pelanggan,menciptakan cell-cell baru di daerah yang belum terlayani atau overlay sel di daerah yang telah terlayani. Gambar 3.2Prinsip Dasar Komunikasi Seluler [2] 11
3.1.1 Teknologi Generasi 1G Sistem generasi pertama semuanya menggunakan teknologi analog yang pada umumnya lebih dikenal orang dengan AMPS (Advanced Mobile Phone System) yang bekerja pada band frekuensi 800 MHz dan menggunakan metode akses FDMA (Frequency Division Multiple Access). Dalam FDMA, user dibedakan berdasarkan frekuensi yang digunakan dimana setiap user menggunakan kanal sebesar 30 KHz. Ini berarti tidak boleh ada dua user yang menggunakan kanal yang sama baik dalam satu sel maupun sel tetangganya. Oleh karena itu AMPS membutuhkan alokasi frekuensi yang besar. Perlu dicatat bahwa pada teknologi sistem analog ini juga digunakan digital signaling. Kata-kata analog dalam hal ini lebih menuju pada metode yang digunakan untuk mengirimkan informasi dalam jaringan telekomunikasi mobile tersebut. Teknologi ini hanya melayani komunikasi suara saja. 3.1.2 Teknologi Generasi 2G (GSM) Selain digunakan untuk komunikasi suara yang lebih baik, teknologi GSM juga memberikan layanan SMS (Short Message Service) dan transfer data dengan kecepatan maksimal 9.6 kbps. Teknologi GSM telekomunikasi seluler modern 2G dan seterusnya memungkinkan komunikasi dua arah secara downlink dan uplink atau disebut sebagai duplex transmission. Ada dua cara duplex transmission yaitu FDD (Frequency Division Duplex) dan TDD (Time Division Duplex). Sistem GSM menggunakan teknik FDD dimana 12
pentransmisian komunikasi secara uplink dan downlink menggunakan frekuensi yang berbeda. Jarak antara frekuensi uplink dan downlink disebut dengan duplex distance. 3.1.3. Teknologi Generasi 2.5G (GPRS/EDGE) Pada teknologi generasi 2.5G terdapat 2 tipe yaitu GPRS dan EDGE. Terdapat perbedaan karakteristik pada 2 teknologi tersebut. 1) GPRS (Global Packet Radio Service) Secara teori GPRS memberikan kecepatan akses antara 56 kbps sampai 115 kbps. Beberapa modifikasi dilakukan pada interface radio GSM untuk dapat mensupport GPRS, antara lain a. Pembagian Paket Switch dan Circuit Switch Timeslot pada GSM akan dibagi untuk koneksi CS (circuit switch) dan juga untuk koneksi PS (packet switch). Yang dimaksud dengan koneksi CS adalah koneksi trafik suara dan SMS sedangkan koneksi PS adalah koneksi internet. Kanal fisik dapat digunakan untuk trafik GSM CS atau trafik GSM PS tetapi tidak dapat digunakan untuk kedua-duanya secara bersamaan. Bergantung beban trafik pada cell, kapasitas kanal GPRS yang tersedia dapat berkurang atau berlebih, karena biasanya voice trafik atau CS trafik memilikip prioritas yang lebih tinggi. 13
b. Pembagian Kanal Fisik Karakteristik pada koneksi CS adalah kanal fisik yang berupa timeslot hanya dapat digunakan oleh satu per sebuah timeslotnya. Oleh sebab itu GSM CS tidak dapat membagi kanal timeslotnya dengan pengguna yang lain. Berbalikan dengan GSM CS, pada GPRS PS kanal fisiknya dapat terbagi dengan pengguna lain. Untuk menangani multiplexing beberapa subcriber ke timeslot yang sama ditangani oleh software yang disebut MAC (Medium Acces Control) dan hardware yang dinamakan PCU (Packet Control Unit). Koneksi PS tidak hanya digunakan pada jaringan core tetapi juga pada interfaceradio. Hal ini penting untuk dilakukan untuk mengoptimalkan penggunaan kanal koneksi PS dimana kebanyakan hambatan lambatnya koneksi internet terletak pada antarmuka radio yang memiliki jumlah kanal terbatas. c. Multislot Class Setiap pengguna jaringan GPRS akan memiliki kebutuhan jaringan yang berbeda (aplikasi internet yang berbeda, kecepatan yang berbeda) dan juga memiliki jenis MS yang berbeda kapasitas. PCU akan mengidentifikasi jenis MS dari multislot class-nya untuk menentukan jumlah timeslot yang dapat dibundel oleh MS secara uplink dan downlink. 14
2) EDGE (Enhanced Data rate for Global Evolution) Kemunculan EDGE mengimplementasikann penyadian 8-PSK (Phase Shift Keying), penyandian yang memunginkan pengiriman bit-bit informasi lebih cepat dibandingkan penyandian sebelumnya yang dipakai oleh GSM yaitu GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying). Kecepatan data secara teori yang dapat di dukung oleh EDGE mencapai 473.6 kbps, 3 kali jika dibandingkan dengan GPRS dalam hal pengiriman data secara paket. Gambar3.3Perbedaan teknik modulasi pada GPRS dan pada EDGE [2] 15
EDGE memiliki arsitektur interface yang sama dengan GPRS sehingga mudah diimplementasikan dan operator seluler tidak perlu membangun jaringan baru yang membutuhkan biaya yang besar. 3.1.4 Teknologi Generasi 3G (UMTS/WCDMA) Sistem standar 3G yang dipakai di Indonesia menggunakan teknologi WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) dimana dengan teknologi ini memungkinkan kecepatan mencapai 384 kbps. Teknologi WCDMA berbeda dengan teknologi jaringan radio GSM. Pada jaringan 3G dibutuhkan kualitas suara yang baik lagi, data rate yang semakin tinggi (mencapai 2 Mbps dengan menggunakan release 99, dan mencapai 10 Mbps dengan menggunakan HSDPA) oleh sebab itu bandwidth sebesar 5 Mhz dibutuhkan pada sistem WCDMA. Posibilitas setiap user untuk mendapatkan bandwidth yang bervariasi sesuai permintaan layanan user adalah salah satu fitur keunggulan jaringan UMTS. 3.1.5 Teknologi Generasi 3.5G (HSDPA) Tujuan utama dari HSDPA adalah untuk meningkatkan user throughput maksimum untuk pengiriman paket data dari sisi downlink dan mengurangi delay transmisi paket (round trip delay). Evolusi WCDMA dengan menggunakan teknologi HSDPA mampu meningkatkan kecepatan transmisi data dengan peralatan jaringan WCDMA yang sudah ada. 16
Gambar 3.4Perkembangan evolusi GSM [4] 3.2 Topologi 3G (UMTS) Sistem standar 3G yang dipakai di Indonesia menggunakan teknologi WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) dimana tekmologi WCDMA adalah teknologi radio yang digunakan pada sistem 3G/UMTS. Pada prinsipnya transisi interface radio pada UMTS berbeda dengan GSM tahap 2.5G (WCDMA sebagai pengganti TDMA/FDMA). Oleh karena itu, diperkenalkan UTRAN sebagai RAN yang baru dalam UMTS. 17
MS Gambar 3.5Arsitektur Sistem Selular 2G dan 3G [7] 3.2.1 MOBILE SYSTEM (MS) Terdiri dari Mobile Equipment (ME) atau handset dan Subscriber Identity Module (SIM) atau Sim card yang berisi nomer identitas pelanggan. 3.2.2 BASE STATION SYSTEM (BSS) Merupakan bagian dari jaringan yang menyediakan interkoneksi dari MS ke peralatan data switching. BSS terdiri dari: a. TRANSCODER CONTROLLER ( TRC ) TRC menghubungkan BSS dengan kemampuan adaptasi kecepatan. Perangkat yangmenjalankan adaptasi kecepatan disebut transcoder. Kecepatan bit per chanel dikurangi dari 64 Kbps menjadi 16 Kbps. Ini mengamankan jalur transmisi antara MSC ke BSC. 18
b. BASE STATION CONTROLLER ( BSC ) BSC membawahi satu atau lebih BTS serta mengatur trafik yang datang dari BSC menuju MSC atau BTS lain. BSC juga mengatur manajemen sumber radio dalam pemberian frekuensi untuk setiap BTS dan mengaturhandover. c. BASE TRANCEIVER STATION (BTS) BTS merupakan perangkat pemancar dan penerima yang memberikan pelayanan radio kepada MS. Dalam BTS terdapat kanal trafik yang digunakan untuk komunikasi. Satu BTS dapat melayani 1, 2, atau 3 cell. Beberapa BTS dikontrol oleh satu BSC. 3.2.3 UTRAN Utran terdiri dari Radio Network System (RNS), di mana setiap RNS meliputi RNC, dianalogikan dengan GSM BSC dan Node B sebagai BTS. Tidak seperti pada GSM interface hub bersifat terbuka, maksudnya bahwa operator jaringan dapat memperoleh Node B dari satu vendor dan RNC dari vendor lain. GSM BSC tidak terhubung satu dengan yang lainnya, sementara interface IUR menghubungkanantar RNC. Fungsi utama interface IUR adalah mendukung mobilitas inter-rnc dan soft handover antara Node B yang terhubung dengan RNC yang berbeda. Perangkat pelanggan adalah UE yang terdiri dari Mobile Equitment (ME) dan UMTS Subcrber Identity Module (USIM). UTRAN berhubungan 19
dengan Ue lain melalui interface Uu. UTRAN berhubungan dengan CN memalui interface lu yang terdiri dari interface lu-cs yang mendukung layanan circuit switch. Interface lu-cs menghubungkan RNS ke MSC dan memilki kesamaan dengan interface A GSM. Interface li-ps menghubungkan RNC ke SGSN dan memilikianalog dengan interface Gb GPRS. Dalam 3GPP Rel. 1999, seluruh interface pada UTRAN, menggunakan Asynchronous Transfer Mode (ATM) sebagai mekanisme transport. 1) RNC RNC yang mengontrol Node B dibawahnya disebut dengan CRNC (Controlling RNC). CRNC bertanggungjawab manajemen sumber radio yang tersedia pada Node B yang mendukung. RNC yang menghubungkan UE dengan CN disebut SRNC (Serving RNC). Selama UE beroperasi, SRNC mengontrol sumber radio yang digunakan oleh UE dan mengakhiri interface lu ked an dari CN untuk layanan yang digunakan oleh UE. UTRAN mendukung soft handover, terjadi antara Node B yang dikontrol oleh RNC yang berbeda. Selama dan setelah soft handover antra RNC, kemungkinan ditemukan situasi di mana UE berhubungan dengan Node B yang dikontrol oleh RNC tetapi bukan SRNC. RNC yang demikian disebut DRNC (Drift RNC). Apabila UE berpindah dan berpindah lagi dari Node B yang dikontrol oleh SRNC, hal ini menyebabkan SRNC tidak mampu mengontrol 20
pergerakan UE sendirian, sehingga memungkinkanutran memutuskan megalihkan pengontrolan hubungan ke RNC yang lain. Kemudian disebut dengan Serving RNS (SRNS) relocation. 2) Node B Node B adalah unit fisik untuk mengirim atau menerima frekuensi pada sel. Node B tunggal dapat mendukung baik mode FDD maupun TDD dan dapt co-located dengan GSM BTS. Node B berhubungan dengan UE melalui interface radio Uu dan berhubungan dengan RNC melalui interface lub ATM. Tugas utama Node B adalah mengkonversikan data antara interface lub dan Uu, termasuk Forward Error Correction (FEC), W-CDMA spreading atau dispreading dan modulasi QPSK pada interface radio. Node B mengukur kuliatas dan kekuatan hubungan dan menentukan Frame Error Rate (FER), transmisi data ke RNC sebagai laporan pengukuran pada handover dan penggabungan macro diversity. Node B juga bertanggung jawab pada FDD softer handover. Penggabungan microdiversity di ruang bebas untuk mengurangi kebutuhan kapasitas transmisi tambahan pada Iub. Node B memungkinkan UE mengatur powernya menggunakan perintah downlink (DL), TPC(Transmission Power Control) melalui closed/inner-lop power control berdasarkan informasi uplink (UL) TPC. 21
3.2.4 Core Netwok/Network Switching Subsystem (NSS) Network Switching Subsystem (NSS) atau core networkgsmadalah komponendarisistemgsmyang melakukanswitching saat ada panggilan danfungsinya mengaturmobilitaspada ponsel untukroaming dijaringanbts. Hal inidigunakan olehoperatorponsel danmemungkinkanperangkat mobileuntuk berkomunikasi satu samalain dantelepon pada jaringan PSTN yang lebih luas. Arsitekturcore networkberisifitur khususdan fungsifungsinyabanyak sesuai yang diperlukan karenaponseltidak tetap berada di satu lokasi saja. NSSawalnyaterdiri darijaringan corecircuit-switched yang digunakan untuk layanangsmkonvensional sepertipanggilan suara, SMS, danpanggilancircuit-switcheddata.jaringan ini kemudian diperluasdengan arsitektur pada lapisan berikutnya yang menyediakanlayanan datapacket switchedyang dikenal sebagaicore networkgprs. Fitur ini memungkinkanponselmemiliki akses kelayanan data sepertiwap, MMS, dan internet. Gambar 3.6NSS/core network pada jaringan GPRS [7] 22
1) Gateway GPRS Support Node (GGSN) Gateway GPRS Support Node (GGSN) adalah komponen utama dalam GPRS network. GGSN bertanggung jawab untuk internetworking antara GPRS network dan external paket switching network, seperti Internet dan X.25 network. Dari sudut pandang external network, GGSN adalah sebuah router yang menghubungkan subnetwork, karena GGSN memiliki infrastruktur GPRS dari external network. Ketika GGSN menerima data yang dialamatkan ke spesifik user, GGSN mengecek apakah user aktif atau tidak. Jika user aktif, GGSN meneruskan data ke SGSN yang menghandle mobile user, jika tidak aktif data akan di hapus. Di sisi lain paket mobile asli akan di routing ke network yang benar oleh GGSN. GGSN adalah kunci utama yang mengaktifkan mobility dari user terminal dalam GPRS/UMTS network. Pada intinya, GGSN membawa keluar tugas dalam GPRS yang sama ke Home Agent di mobile IP. GGSN perlu menjaga routing ke tunnel Protocol Data Unit (PDU) ke SGSN yang merupakan bagian Mobile Station (MS). GGSN mengkonvert paket GPRS yang datang dari SGSN kedalam format Packet Data Protocol (PDP) (contoh: IP atau X.25) dan mengirimkannya pada paket data network yang sesuai. Di lain hal, alamat PDP yang datang dari paket data di konversikan ke dalam alamat tujuan GSM user. Pengalamatan paket kembali dikirimkan ke 23
SGSN yang bertanggung jawab. Untuk tujuan ini, GGSN menyerahkan alamat user SGSN yang sekarang dan profile-nya dalam location register. GGSN bertanggungjawab pada alamat IP dan router default yang terkoneksi user equipment (UE). GGSN juga melakukan autentikasi dan charging function. Fungsi lain dari GGSN adalah subscriber screening, IP Pool management dan address mapping, QoS dan PDP context enforcement. Pada desain LTE, GGSN berubah menjadi SAE gateway (dengan SGSN menjadi MME). 2) Serving GPRS Support Node (SGSN) Serving GPRS Support Node (SGSN) bertanggung jawab terhadap pengiriman paket data dari dan ke mobile station (MS) dalam area service geograpical yang sama. SGSN juga bertugas meroutingkan paket dan mentransfernya, mobility management (plug/unplug dan lokasi management), logical link management, autentikasi dan charging function (CF). Location register dari SGSN yang mennyediakan informasi lokasi (seperti: keberadaan cell, keberadaan VLR) dan profile user (seperti: IMSI, alamat yang digunakan dalam paket data network) dari semua GPRS user yang teregistrasi dengan SGSN ini. 24
Fungsi umum SGSN Detunnel paket GTP dari GGSN (downlink) Tunnel paket IP ke GGSN (uplink) Melakukan mobility management sebagai modestanby perpindahan mobile dari satu routing area ke routing area yang lain Data billing user 3) Mobile Services Switching Center(MSC) MSC didesain sebagai switch ISDN (Integrated Service Digital Network) yang dimodifikasi agar berfungsi untuk jaringan seluler. MSC juga dapat menghubungkan jaringan seluler dengan jaringan fixed. Fungsi lainnya dari MSC seperti : fungsi gerbang toll, interface jaringan, common channel signaling, dll. 4) Home Location Register(HLR) HLR merupakan database yang berisi data-data pelanggan yang tetap. Data-data tersebut antara lain: layanan pelanggan, service tambahan, serta informasi mengenai lokasi pelanggan yang paling akhir (update). 25
5) Visitor Location Register(VLR) VLR merupakan database yang berisi informasi sementara mengenai pelanggan terutama mengenai lokasi dari pelanggan pada cakupan area jaringan. 6) Authentication Center(AUC) AUC berisi database yang menyimpan informasi rahasia yang disimpan dalam bentuk format kode. AUC digunakan untuk mengontrol penggunaan jaringan yang sah dan mencegah pelanggan yang melakukan kecurangan. 7) Equipment Identity Register (EIR) Merupakan database terpusat yang berfungsi untuk validasi Internasional Mobile Equipment Identivity (IMEI) 8) Inter Working Function Berfungsi sebagai interface antara jaringan GSM dengan jaringan ISDN. 9) Echo Canceller Digunakan untuk sambungan dengan PSTN, berfungsi untuk mengurangi echo (gema). 26